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如何抑制干扰质量流量计的若干因素
发布日期:2020/4/1 16:37:19
1.科氏质量流量计工作机理
科氏质量流量计主要由弹性测量管、弹性激振单元、拾振单元、闭环自激放大单元、定距板、连接底板外壳体(机箱)、分流器(江流器)、连接接口(如法兰或螺纹)以及二次表等组成,参见图1。其工作机理为:弹性激振单元维持敏感结构处于谐振状态,测量管作“弯曲主振动”;当质量流量流过振动的测量管时,所产生的“科氏效应”使测量管在上述“弯曲主振动”的基础上,诱导出直接与所流过的“质量流量(kg/s)”相关的“扭转副振动”;通过一对抬振单元检测测量管的“复合振动”就可以直接得到流体的质量流量。显然,科氏质量流量计能够稳定、可靠地工作,关键是要保证敏感结构处于理想的谐振状态,对实用中经常出现的影响敏感结构谐振状态的有关干扰因素,要抑制或尽可能减小其影响。
 
2.千扰因素影响机制的分析
传感器工作过程中,敏感结构的振动能量很容易通过其边界结构传递到传感器的机箱上和管路上,从而引起传感器振动状态的不稳定:轻则降低传感器的精度,重则导致传感器工作失效。因此,首先要集中精力从多方面研究谐振式科氏质量流量传感器的稳定性问题,即须从传感器(特别是复合敏感部分)自身的整体结构的特征,信号流的传输,能量相互转化的过程等来揭示、掌握科氏质量流量计干扰因素影响产生的途径与规律。
谐振式科氏质量流量传感器复合敏感结构的工作模式,决定了其连接底板与弹性弯管复合敏感在空间上是正交连接的,这对敏感结构的弯曲主振动的隔振解耦)是不利的,也即非常容易引起传感器结构的“耦合振动”。这样外部随机的干扰振动能量就会传到传感器的敏感结构上,使其正常的固有振动特性发生变化。
由于该质量流量传感器自身为复合敏感结构,维持传感器工作的激励主振动与由于科氏效应诱发出来的测量副振动叠加在一起,形成复合振动。复合振动本质上属于非线性振动的范畴。而在测量过程中,被测流体的性态变化较大,因此,将导致激励主振动信号与测量副振动信号相互影响程度发生较大的变化。
流体,特别是液态流体在传输过程中,具有一定的脉动性。脉动的流体相当于被测的流体质量流量处于一种特殊的动态,这样谐振式科氏质量流量传感器在使用过程中,脉动流体将会影响科氏质量流量传感器的复合敏感结构的固有振动频率和振型。
此外,科氏质量流量计在使用过程中,由于通过连接法兰安装时,非常容易引起一定量值的安装应力安装应力将有可能产生对流量传感器复合弹性敏感结构振动特性的影响。
上述这些引起传感器敏感结构及其振动特性变化的因素,实际上就是影响传感器的工作性能的主要干扰因素。
 
3.阶段性研究结果
基于上述分析,应当着重解决影响科氏质量流量计工作稳定性、可靠性的有关干扰因素对传感器复合敏感结构的干扰机理。这就要从传感器双弹性弯管与激励单元的连接方式、弹性弯管上的定距板实现方式、分流器(汇流器)、连接底板、保护外壳体、法兰连接件等多个环节进行了深人研究,获得阶段性的研究结果简述如下。
3.1激励单元连接方式与定距板连接方式的优化设计
谐振式科氏质量流量传感器的激励单元是保证其连续工作的基础,质量流量传感器的敏感结构中有对完全对称的弹性弯管,它们在工作时应处于同步的、对称的反向振动。因此重点研究激励单元连接方式以及相应的激励方式对复合弹性敏感结构的影响;在此基础上对连接复合弹性敏感结构的激励单元进行了优化设计。
定距板也是影响复合弹性敏感结构的关键因素之同时也对传感器的测量灵敏度有着较大的影响。因此应在综合考虑传感器的测量灵敏度和工作稳定性的基础上对定距板的连接方式进行优化设计。
3.2分流器(汇流器)结构及其连接方式的优化设计
以复合弹性弯管敏感结构固有振动特性不受外界干扰影响为出发点,深人研究分流器(汇流器)结构及其连接方式对质量流量测量过程的影响,我们提出了分流器(汇流器)基于“硬隔振”原理的设计原则和具体的实现方式。初步研究结果表明:设计思路是正确的,也是可行的,具有工程应用价值。
3.3连接底板、保护外箱体结构及其参数的优化设计
谐振式科氏质量流量传感器复合敏感结构的工作模式对敏感结构的弯曲主振动的隔振是不利的。工程应用与试验研究表明:传感器的保护外箱体存在着与复合敏感结构的耦合谐振现象。这一耦合谐振现象正是引起传感器测量误差以及工作不稳定的重要表现形式。为此我们提出了正交连接的“柔性实现”的新思路,并进行了大量的试验研究。试验研究结果表明:所提出的“柔性连接”的新思路以及具体的实现方案连同上述其他相关的技术措施能够大大降低谐振式科氏质量流量传感器的“内部耦合振动”,同时也有效地降低了安装应力对传感器性能的影响。
 
4.结论
基于谐振式科氏质量流量计的复合敏感结构,本文从能量信号流的角度对其自身的工作特征进一步解析了其工作机理;讨论了质量流量传感器内部耦合振动、非线性振动、流体脉动和安装应力等易于引起传感器敏感结构振动特性的干扰因素对传感器性能的影响;给出了部分阶段性研究结果和进一步深入研究的思路。
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